一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

人的指紋是生物特征之一。指紋識(shí)別是生物識(shí)別技術(shù)中最為成熟的, 其唯一性、穩(wěn)定性, 一直都被視為身份鑒別的可靠手段之一。在當(dāng)今大學(xué)生活中，大學(xué)生的身體素質(zhì)逐漸達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，需要學(xué)校引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行鍛煉。然而若進(jìn)行人工管理會(huì)非常不便，而進(jìn)行機(jī)器智能管理，則相對(duì)簡(jiǎn)單。而指紋識(shí)別，能將各個(gè)學(xué)生的信息統(tǒng)一進(jìn)行管理，促進(jìn)了學(xué)校對(duì)學(xué)生體育鍛煉的管理。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

本系統(tǒng)基于Xilinx的FPGA開發(fā)平臺(tái)Nexys™3 Spartan-6 作為核心控制器件，這款器件擁有48M字節(jié)的外部存儲(chǔ)器，以及豐富的I/O器件和接口，適用于本系統(tǒng)。通過一些高精度的指紋識(shí)別算法，然后通過FPGA的運(yùn)算，我們達(dá)到指紋圖像的采集，存儲(chǔ)，處理和對(duì)比功能，SDRAM 和Flash分別用作存儲(chǔ)指紋程序運(yùn)行時(shí)的臨時(shí)數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，通過USB與電腦相連，在電腦中建立數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)FPGA與電腦的通信，完成指紋識(shí)別管理系統(tǒng)。

二、需求分析

2.1 功能要求

使用指紋采集器采集指紋信息，傳送至SDRAM存儲(chǔ)。在FPGA上對(duì)指紋進(jìn)行處理和匹配，同時(shí)編寫程序使FPGA與計(jì)算機(jī)通信并且在計(jì)算機(jī)上建立數(shù)據(jù)庫，使得可以使用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)管理。

2.2 性能要求

實(shí)現(xiàn)以精準(zhǔn)，快速，實(shí)用性強(qiáng)的指紋識(shí)別系統(tǒng)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的FPGA與計(jì)算機(jī)通信的功能。

2.3 系統(tǒng)要點(diǎn)

本系統(tǒng)主要難點(diǎn)在于指紋識(shí)別的算法以及XILINX 與PC機(jī)通信時(shí)所需要寫的驅(qū)動(dòng)。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

本系統(tǒng)采用Xilinx公司 Spartan 6系列FPGA作為核心控制芯片，通過FPC1011F傳感器采集指紋傳送至存儲(chǔ)器SDRAM存儲(chǔ)。在Spartan上運(yùn)行的指紋處理程序?qū)χ讣y信息進(jìn)行處理獲得特征點(diǎn)，并存儲(chǔ)在SDRAM中或與SDRAM中的指紋信息進(jìn)行匹配。最終，通過USB與計(jì)算機(jī)通信，使用計(jì)算機(jī)中的學(xué)生數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)框圖如圖所示：

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

3.2.1 指紋傳感器FPC1011F

FPC1011F 是瑞典Fingerprint Cards公司成功推出的一種電容式面裝指紋傳感器。該傳感器采用了多項(xiàng)專利，如獨(dú)立的晶圓體信號(hào)放大、傳感器表面的保護(hù)膜等。內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換，高速的SPI接口，8PIN的軟排線可以方便的接入各種系統(tǒng)。

FPC1011F指紋傳感器具有以下特點(diǎn)：

(1)FPC1011F芯片產(chǎn)自瑞典，采用獨(dú)特的反射式測(cè)量法，抗靜電可達(dá)正負(fù)15 kV，耐磨100萬次，已被國(guó)內(nèi)金融界公認(rèn)為銀行指定零件。

(2)采用專業(yè)的指紋識(shí)別芯片PS1802DSP和最優(yōu)化的指紋算法，指紋成像效果好。

(3)處理速度快，峰值能達(dá)到480MIPS，在1：1 000模式下，時(shí)間小于1 s。

(4)功耗較同類產(chǎn)品低，正常工作主頻120 MHz下，只有120 mW。

(5)模塊體積為35 mm×26 mm×1 mm，便于各種指紋產(chǎn)品的開發(fā)。

(6)對(duì)干濕手指有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

FPC1011F指紋傳感器含有小電容板，傳感器使用高靈敏度像素放大器，讓每個(gè)像素即使是非常微弱的信號(hào)FPC1011F都能探測(cè)到，以此提高圖像質(zhì)量。用了交替命令的并排列和傳感器電板，交替板的形式是兩個(gè)電容板，以及指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間的恒量電介質(zhì)傳感器檢測(cè)變化生成指紋圖像